Autor: Ing. Jonathan Umaña Q.
Escuela de Ingeniería Topográfica, Universidad de Costa Rica.
El monitoreo de niveles en cuerpos de agua es esencial para la gestión de recursos hídricos y la prevención de desastres. En este trabajo se presenta el desarrollo y validación de un sistema económico basado en la técnica de reflectometría interferométrica satelital (GNSS-IR). El prototipo se construyó con componentes de bajo costo y fue instalado en un entorno experimental sometido a variaciones controladas del nivel del agua. Las observaciones fueron procesadas con el software gnssrefl y validadas mediante sensores de presión de referencia. Los resultados muestran una alta correlación entre ambos métodos (r = 0.922; R² = 0.85), sin diferencias significativas entre las medias (p > 0.05). Con un costo inferior a 250 USD, el sistema demuestra un potencial relevante para aplicaciones en gestión hídrica, ofreciendo una alternativa accesible y confiable frente a instrumentos convencionales.
Introducción
El monitoreo confiable de los niveles en cuerpos de agua constituye una tarea crítica para la gestión sostenible de los recursos hídricos, la prevención de inundaciones y la toma de decisiones en diversos sectores productivos. Entre las técnicas emergentes, la reflectometría interferométrica satelital (GNSS-IR) ha demostrado ser una herramienta eficaz para obtener información hidrológica a partir de señales reflejadas en la superficie del agua.
Este estudio propone la implementación y validación de un sistema GNSS-IR de bajo costo, diseñado para registrar variaciones en el nivel del agua con alta precisión y viabilidad en entornos de recursos limitados.
Metodología
El sistema se compuso de tres elementos principales: (i) un receptor GNSS basado en el módulo Ultimate GPS FeatherWing,
(ii) una interfaz de comunicación Feather 32u4 Adalogger, y (iii) un sistema de alimentación con panel solar y baterías de litio, como se aprecia en la Fig. 1. Los componentes fueron protegidos en una caja hermética para soportar condiciones atmosféricas variables.
Se utilizó el entorno “Arduino” para configurar la frecuencia de muestreo en 1 Hz y generar archivos de datos diarios. Como se aprecia en la Fig. 2, la antena receptora se instaló sobre un trípode a 2.6 m de altura, orientada perpendicular al cénit para captar adecuadamente las señales reflejadas.
Las observaciones se procesaron con el software libre “gnssrefl”, aplicando un análisis espectral para estimar la variación del nivel del agua. Para validar el sistema,se diseñó un experimento de desbordamiento controlado en un vertedero y se compararon los resultados con mediciones obtenidas mediante dos sensores de presión HOBO U-20 (precisión ±0.01 cm).
Resultados
El análisis estadístico mostró una fuerte relación entre los datos del sistema GNSS-IR y los sensores de referencia, con un coeficiente de correlación de Pearson de 0.922 y un coeficiente de determinación de 0.85. La prueba t de muestras pareadas, con un nivel de confianza del 95%, indicó que no existen diferencias significativas entre las medias registradas por ambos métodos. En la Fig.3 se evidencia el promedio diario y los resultados de la variación del nivel del cuerpo de agua.
Conclusiones
El sistema desarrollado, con un costo inferior a 250 USD, construye una alternativa viable y accesible para el monitoreo de niveles en cuerpos de agua mediante el uso de señales de oportunidad. Su diseño evita el contacto directo con la superficie, lo que facilita el mantenimiento y permite su instalación en posiciones elevadas, reduciendo riesgos ante crecidas repentinas.
Se recomienda considerar las características de la zona de reflexión, priorizando sitios con un amplio azimut libre de obstáculos a fin de maximizar la propagación de señales reflejadas. Este enfoque presenta un potencial significativo para a aplicaciones en hidrología operacional y gestión de recursos hídricos en regiones con limitaciones presupuestarias.
